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客户文章三连发|转录组研究油菜素内酯诱导下玉米种子对深层胁迫的耐受机制

发布日期:2021-11-29 浏览次数:648

         

      今天给大家分享的三篇客户文章,均来自于甘肃农业大学的赵小强老师团队,文章利用玉米不同组织(中胚轴以及胚芽鞘)的转录组数据,从不同的研究角度对“油菜素内酯诱导下玉米种子对深层胁迫的耐受机制”进行了解析,研究成果分别在Genomics(二区,IF=5.736),Plant Signaling & Behavior (四区,IF=2.274),与Russian Journal of Plant Physiology (四区,IF=1.481)上发表。下面通过对这三篇客户文章的解读,跟小编一起来了解作者研究思路及主要结论吧。


研究背景

      目前生产上主要采用深栽深播等方式来抗旱,但现有的玉米品种耐深播能力差,导致出苗率随之下降。之前的研究显示,玉米种子要从土壤深层发芽,必须先伸长一些器官,其贡献为中胚轴>胚芽>胚芽鞘。因此,中胚轴和胚芽鞘的伸长是玉米种质对深播耐受性的关键反应。




客户文章1


Molecular mechanisms of mesocotyl elongation induced by brassinosteroid in maize under deep-seeding stress by RNA-sequencing, microstructure observation, and physiological metabolism.

基于RNA测序、微观结构观察和生理检测方法研究油菜素内酯诱导深层胁迫下玉米中胚轴伸长的分子机制.

【发表期刊】:Genomics(IF=5.736)

【发表日期】:2021年8月26日

【原文链接】https://doi.org/10.1016/j.ygeno.2021.08.020


实验方法

材料选用玉米耐深播自交系W64A和不耐深播自交系K12。

预实验在3cm和20 cm的播种深度下,分别使用0.5、1.0、2.0 mg·L-1的24-表油菜素内酯(EBR)培养10天后,测量中胚轴生长参数和生理指标。发现在20 cm播种深度下,使用2.0 mg·L-1 EBR处理可实现玉米中胚轴最大伸长率。

在3 cm、20 cm和20 cm+EBR(2.0 mg.L-1)处理后,收集相应的中胚轴,用于转录组测序、显微镜观察及酶活、植物激素检测,每个处理进行三个生物学重复。


研究结果

      从表型上看,两种玉米的中胚轴长度在20 cm种植深度和EBR存在下均显着增加。甲苯胺蓝染色后用显微镜观察发现,中胚轴在深播胁迫下经历了程序性细胞死亡(PCD),而EBR可以缓解这种情况。基于上述结果和以往的研究,构建了玉米中胚轴伸长响应深层胁迫的分子网络(图1)。当玉米中胚轴在20 cm播种深度下用外源EBR处理时,会触发相关的信号转导途径,如细胞壁成分、木质素的生物合成、植物激素(如AUX、ET、BR、CTK、ZT、ABA、GA、JA)的生物合成和信号传导,以及PCD。这些通路继续激活二级和三级调节网络,包括TF(ARF、BZR1/2、B-ARR、A-ARR、MYC2、ABF、TGA、MYB和NAC),然后激活/抑制下游一些重要基因的表达,此外一些代谢物的合成改变了玉米中胚轴的生理特征。这些发现提供了玉米深播耐性的分子机制信息,将有助于深播玉米品种的育种。


图 1. 玉米中胚轴伸长响应深层播种胁迫的分子网络





客户文章2


24-epibrassinolide confers tolerance against deep-seeding stress in Zea mays L. coleoptile development by phytohormones signaling transduction and their interaction network.

24-表油菜素内酯通过植物激素信号转导及其相互作用网络赋予玉米胚芽鞘对深层胁迫的耐受性

【发表期刊】Plant Signaling & Behavior (IF=2.274)

【发表日期】:2021年8月23日

【原文链接】https://doi.org/10.1080/15592324.2021.1963583


实验方法

材料选用玉米耐深播自交系W64A和不耐深播自交系K12。

在 3 cm、20 cm 和 20 cm + EBR ( 4.16 × 10 -3M ) 处理后,收集相应的胚芽鞘,用于转录组测序及植物激素检测,每个处理进行三个生物学重复。


研究结果

      研究发现玉米在深层胁迫和EBR处理后胚芽鞘与中胚轴进一步伸长,而胚芽鞘和中胚轴的伸长是玉米深播耐受性(DST)的主要原因。本研究检测了W64A/K12在深播胁迫及EBR处理后胚芽鞘的转录组和植物激素的变化。KEGG分析显示植物激素信号转导、淀粉和蔗糖代谢、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的降解是深层胁迫和EBR信号下胚芽鞘伸长的关键过程,进一步生成了高度互连的网络图。文章着重阐述了DSS和EBR下多种植物激素诱导玉米胚芽鞘伸长的分子机制,这些结果为今后开发具有深播种耐受性的玉米品种提供线索。


图2. (a-b)深播胁迫和外源EBR刺激后玉米胚芽鞘中植物激素相互作用网络.(c)外源EBR处理促进玉米胚芽鞘深播种耐受性的分子模型.





客户文章3

24-Epibrassinolide Mediated Interaction among Antioxidant Defense,Lignin Metabolism,and Phytohormones Signaling Promoted Better Cooperative Elongation of Maize Mesocotyl and Coleoptile under Deep-Seeding Stress.

24-表油菜素内酯介导的抗氧化防御、木质素代谢和植物激素信号之间的相互作用促进了深播胁迫下玉米中胚轴和胚芽鞘更好地协同伸长.

【发表期刊】Russian Journal of Plant Physiology(IF=1.481)

【发表日期】:2021年8月20日

【原文链接】https://doi.org/10.1134/S1021443721060224


实验方法

材料选用玉米耐深播自交系N192、W64和不耐深播自交系Ji853、K12种子。

在3 cm、20 cm和20 cm+EBR(4.16×10-3M)处理后,检测了幼苗的生长参数与种子特性,并对中胚轴和胚芽鞘的活性氧、抗氧化酶活、木质素含量和植物激素进行检测,每个处理进行三个生物学重复。研究结果

      为阐明油菜素内酯在深播胁迫下中胚轴和胚芽鞘伸长的生理机制。通过Pearson相关分析,发现幼苗的四个生长参数(最大累积中胚轴/胚轴/总中胚轴和胚轴/幼苗长度)与种子特性(种子大小、重量、物理性质、储量)之间存在复杂的线性关系,进一步利用种子特性建立四个最优回归方程来预测其生长参数。外源EBR处理改变了20 cm胁迫下玉米的中胚轴和胚芽鞘的酶系统,减轻了活性氧损伤,减少了木质素积累,调节了植物激素水平和极性运输,导致中胚轴长度、胚芽鞘长度、中胚轴和胚芽鞘总长度增加。因此,EBR对玉米中胚轴和胚芽鞘伸长有调节作用,可以促进其在干旱地区的安全生产。


图3. 玉米中胚轴和胚芽鞘在在3 cm、20 cm和20 cm+EBR(4.16×10-3M)下响应深播种胁迫的调控网络.




公司简介

      南京集思慧远(GENEPIONEER)生物科技有限公司于2015年4月成立,是一家专业从事高通量生物检测服务的企业。公司目前业务涵盖各组学测序服务、生理生化检测服务、分子实验外包服务以及生物大数据分析服务。主要产品涉及基因组学、转录组学、蛋白组学、代谢组学、表观组学、微生物组学等六大组学领域。公司2017年获得国家高新技术企业称号。公司自主开发各类实验技术以及数据分析算法,已获批27项软件著作权、受理专利4项。已为国内500多家高校、农科院、医院、医学院、药企等各类研究机构提供过科研服务。



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